專利名稱：堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堿性蓄電池的一種改進(jìn)，具體地說，涉及適于低溫下大電流放電的電極組件結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)。
最近幾年，伴隨著電氣設(shè)備重量輕和尺寸小的強(qiáng)烈趨勢(shì)，作為其電源對(duì)于小尺寸高容量電池的需要已經(jīng)在增大。而且在作為具有高可靠性電池的堿性蓄電池中，跟上述趨勢(shì)一致，已經(jīng)在努力增大鎳鎘蓄電池的容量，或者開發(fā)和改進(jìn)把具有高能量密度的氫吸收合金的用作負(fù)極的鎳金屬氫化物蓄電池。這類堿性蓄電池具有較大的優(yōu)點(diǎn)由于其電解質(zhì)是水溶液型堿性電解質(zhì)，所以能以大電流充電和放電。
一般通過把一個(gè)負(fù)極板和一個(gè)正極板，以一種隔離物插入在其之間，建造成螺旋繞制的電極組件，然后把集電器焊接到正極板和負(fù)極板的各自端平面上，整個(gè)裝入一個(gè)電池殼體中，及然后把預(yù)定量的含水堿溶液作為電解質(zhì)倒入殼體中，制備這些電池。
以前的鎳金屬氫化物蓄電池，與鎳鎘蓄電池相比，當(dāng)以大電流放電時(shí)，特別在低溫下，表現(xiàn)出其放電容量的顯著減小。
本發(fā)明的主要目的在于，通過抑制低溫下負(fù)極活性的降低，特別是通過抑制電極電阻的增大，提供一種低溫下高速率放電特性優(yōu)良的堿性蓄電池。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種堿性蓄電池，該堿性蓄電池包括一個(gè)正極，包括一種金屬氧化物，最好是氫氧化鎳，作為主要構(gòu)成材料；一個(gè)負(fù)極，包括一種氫吸收合金；一種堿性電解質(zhì)；及一種隔離物；其中負(fù)極具有10-40mAh/cm2的每單位面積容量。


圖1是在本發(fā)明實(shí)例中所示鎳金屬氫化物蓄電池的部分剖視圖。
本發(fā)明的第一實(shí)施例涉及一種堿性蓄電池，該堿性蓄電池包括一個(gè)正極，包括一種金屬氧化物，最好是氫氧化鎳，作為主要構(gòu)成材料；一個(gè)負(fù)極，包括一種氫吸收合金；一種隔離物；及一種堿性電解質(zhì)；其中負(fù)極具有10-40mAh/cm2的每單位面積容量。
本發(fā)明的第二實(shí)施例涉及一種堿性蓄電池，該堿性蓄電池包括一個(gè)正極，包括一種金屬氧化物，最好是氫氧化鎳，作為主要構(gòu)成材料；一個(gè)負(fù)極，包括一種氫吸收合金；一種隔離物；及一種堿性電解質(zhì)；其中負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量至少是總負(fù)極容量的0.8倍。
本發(fā)明的第三實(shí)施例涉及一種堿性蓄電池，該堿性蓄電池包括一個(gè)正極，包括一種金屬氧化物，最好是氫氧化鎳，作為主要構(gòu)成材料；一個(gè)負(fù)極，包括一種氫吸收合金；一種隔離物；及一種堿性電解質(zhì)；其中負(fù)極具有10-40mAh/cm2的每單位面積容量，最好具有125-200mAh/cm的每單位長(zhǎng)度容量，并且負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量至少是總負(fù)極容量的0.8倍。
在以上實(shí)施例中，最好負(fù)極具有約正極的一半，即30％至70％的厚度，并且具有比正極長(zhǎng)度大的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度比為1.01至1.40。
總的負(fù)極容量不受限制，然而最好為3000至11000mAh，長(zhǎng)度最好是30至220cm，寬度最好是2.0至8.0cm，及厚度最好是0.05至0.45mm。
總的正極容量不受限制，然而最好為2000至8000mAh，每單位面積的容量最好是10至40mAh/cm2，每單位長(zhǎng)度的容量最好是80至200mAh/cm，長(zhǎng)度最好是40至200cm，寬度最好是2.0至8.0cm，及厚度最好是0.1至0.80mm。
用于負(fù)極的氫吸收合金可以是稀土金屬型的氫吸收合金和Ti-Ni型、Ti-Mn型、Mg-Ti型、Ti-Zr型和Zr-Mn型的那些，最好是稀土金屬型的。
根據(jù)本發(fā)明，能抑制低溫下負(fù)極活性的降低，并且能提供在低溫下大電流放電特性優(yōu)良的堿性蓄電池。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明。實(shí)例不打算限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)例實(shí)例1通過在濕式球磨機(jī)中把具有MmNi3.5Co0.75Mn0.4Al0.3(Mm代表稀土元素的混合物)合金成分的氫吸收合金磨成約30μm的平均顆粒直徑，來制備使用的負(fù)極材料。
把以上制備的氫吸收合金粉末在KOH水溶液中在80℃下用攪拌來處理，以從粉末表面除去可溶解成分。對(duì)于100份重量的生成氫吸收合金粉末，添加0.15份重量的羧甲基纖維素、0.3份重量的碳黑、0.8份重量的苯乙烯-丁二烯共聚物、及適量的水作為分散劑，以組成粉漿。
把粉漿涂敷到鍍鎳打孔鐵板的兩個(gè)表面上并且干燥。然后把板在不同壓力下壓制，以制備具有不同每單位面積負(fù)極容量的負(fù)極板。然后把這些板切成預(yù)定的尺寸。
使用的正極是常規(guī)的繞結(jié)鎳正極，但把正極板的厚度選擇成符合負(fù)極板的厚度，從而使正極板與負(fù)極板的長(zhǎng)度比可以保持不變。電極的尺寸表示在表1中。作為隔離物使用的是一種磺化聚丙烯無紡布。
正負(fù)極板和隔離物組成螺旋纏繞的電極組件，從而使正極板和負(fù)極板的各自端部邊緣分別向上和向下伸出，如圖1中所示。然而把各自極板的端部邊緣焊接到近似圓形的集電器上，以制備每個(gè)具有6500mAh容量的D尺寸鎳金屬氫化物蓄電池A、B、C和D。這些電池的每單位面積的負(fù)極容量不同，如表1中所示。
在圖1中，號(hào)1表示一個(gè)鎳正極，2表示一塊氫吸收合金負(fù)極板，3表示一層隔離物，4表示一個(gè)電池殼體，5a表示一個(gè)近似圓形的正極集電器，及5b表示一個(gè)近似的圓形的負(fù)極集電器。
電池A至D用來試驗(yàn)其放電特性。在放電特性試驗(yàn)中，把電池在20℃下且在0.1CmA的電流值下充電到電池容量的150％，允許呆1小時(shí)，然后在0℃下且在1CmA的電流值下放電直到1.0V，并且檢查放電容量與電池容量的比值。如此得到的結(jié)果表示在表1中。
表1<
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從表1中所示的結(jié)果顯見，使用具有較低每單位面積負(fù)極容量的極板的電池A、B和C，與使用具有較高每單位面積負(fù)極容量的極板的電池D相比，在低溫下顯示出了改進(jìn)的放電比。
就這些結(jié)果的原因而論，可以這樣考慮，盡管負(fù)極側(cè)的活性在低溫下比正極側(cè)降低的程度大，但負(fù)極的不利影響在電池A、B和C中比在電池D中小。
總而言之，電極的活性大大地受活性材料本身的活性、及諸如活性材料各成分之間的接觸電阻和活性材料與載體之間的接觸電阻之類的電極電阻的影響。由于氫吸收合金的平衡壓力在低溫下降低，那么其氫釋放能力減小，并且活性材料的活性減小。而且，在低溫下，諸如在活性材料成分之間的接觸電阻之類的電極電阻也增大，并且結(jié)果是負(fù)極的活性與使用鎘的常規(guī)電極相比大大地減小。
可以這樣估計(jì)，當(dāng)氫吸收合金負(fù)極每單位面積的容量增大時(shí)，除了上述的氫吸收合金的活性減小外，極板厚度的增大導(dǎo)致極板表面層的合金、與定位在厚度中心并用作集電器的打孔金屬板之間的距離增大，并且諸如合金顆粒之間接觸電阻之類的電極電阻的增大也變得不可忽略；因而，負(fù)極的活性大大地減小，引起放電特性的下降。
另一方面，可以這樣考慮，在其中氫吸收合金負(fù)極每單位面積的容量是40mAh/cm2或更小的電池A、B和C中，與電池D相比，極板表面層合金與打孔金屬集電器之間的距離較小，所以能抑制諸如合金顆粒之間接觸電阻之類的電極電阻的增大；因此，負(fù)極的活性僅受氫吸收合金的活性的影響，結(jié)果放電特性受影響的程序較小。
由于在0℃下且在1CmA的電流值下放電容量為電池容量的70％，在實(shí)際中可以認(rèn)為是可接收的而沒有問題，所以負(fù)極每單位面積的合金容量希望不大于40mAh/cm2。
然而，減小負(fù)極板每單位面積的容量和增大極板的長(zhǎng)度不可避免地伴隨有從負(fù)極氫吸收合金釋放氫的增大，并且結(jié)果是自放電的量增大，且自放電特性下降。在深入研究之后，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，負(fù)極每單位面積的容量希望不小于10mAh/cm2，以便保證實(shí)際可接收的自放電特性。
根據(jù)上述結(jié)果，實(shí)際可用的負(fù)極每單位面積的容量希望為10-40mAh/cm2。
如上所述，使用具有較低每單位面積電極容量的負(fù)極板的本發(fā)明，目的在于減小電極電阻并由此改進(jìn)低溫下的反應(yīng)特性，并且能特別有效地應(yīng)用于把氫吸收合金用于負(fù)極的鎳金屬氫化物蓄電池。
實(shí)例2對(duì)負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量的希望比值進(jìn)行了研究，換句話說，對(duì)負(fù)極的“相對(duì)容量比值”進(jìn)行了研究。以與實(shí)例1相同的方式制備使用的負(fù)極板。與負(fù)極板組合使用的正極板具有與實(shí)例1相同的材料，但通過改變燒結(jié)基片的尺寸(長(zhǎng)度和寬度)而不改變其厚度來制備。通過使用這些極板，制備負(fù)極相對(duì)容量比值不同的電池E、F、G和H，如表2中所示。
負(fù)極的“相對(duì)容量比值”，作為負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量與其總?cè)萘康谋戎祦碛?jì)算。
以上制備的電池經(jīng)受與實(shí)例1相同方式的放電特性試驗(yàn)。如此得到的結(jié)果表示在表2中。
表2
由表2顯見，關(guān)于電池的放電特性隨負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量的比值的增大而提高。這大概是因?yàn)槿缟纤龅哪菢?，由?fù)極活性減小引起的低溫放電特性的降低，比由正極活性減小引起的程度大。
因而，為了使電池中的氫吸收合金高效地參加充電和放電反應(yīng)，重要的是升高負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量的比值。
認(rèn)為在電池G和H中，由于負(fù)極部分相對(duì)于正極的容量比值較高，所以能夠使電池中的氫吸收合金高效地參加充電和放電反應(yīng)，并因而能改進(jìn)低溫放電特性。
由以上結(jié)果能判斷出，低溫放電特性，即在0℃下且在1CmA的電流值下的放電容量，在實(shí)際中是可接收的而沒有問題，只要它不小于電池容量的70％。因而，負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量，按照其對(duì)總負(fù)極容量的比值來表示，最好是0.8或更大。
而且，當(dāng)負(fù)極相對(duì)于正極的那部分的容量比值至少是總負(fù)極容量的0.8倍時(shí)，而且當(dāng)負(fù)極每單位長(zhǎng)度的容量是125-200mAh/cm，負(fù)極每單位面積的容量是10-40mAh/cm2時(shí)，能進(jìn)一步抑制低溫下負(fù)極活性的減小，以給出良好效果。
盡管在以上實(shí)例中用螺旋纏繞型鎳金屬氫化物蓄電池作為例子給出了描述，但對(duì)于相對(duì)板型的鎳金屬氫化物蓄電池，如矩形的，當(dāng)采用本發(fā)明的電池結(jié)構(gòu)時(shí)，也能得到類似的效果。
在本發(fā)明電池中使用的正極和負(fù)極可以是泡沫金屬型的、燒結(jié)金屬型的和涂敷金屬型的任一種，并且能得到同樣的良好效果，而與使用的極板類型無關(guān)。
權(quán)利要求
1．一種堿性蓄電池，包括一個(gè)正極，包括一種金屬氧化物作為主要構(gòu)成材料；一個(gè)負(fù)極，包括一種氫吸收合金；一種隔離物；及一種堿性電解質(zhì)；其中負(fù)極具有10-40mAh/cm2的每單位面積容量。
2．一種堿性蓄電池，包括一個(gè)正極，包括一種金屬氧化物作為主要構(gòu)成材料；一個(gè)負(fù)極，包括一種氫吸收合金；一種隔離物；及一種堿性電解質(zhì)；其中負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量至少是總負(fù)極容量的0.8倍。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性蓄電池，其中負(fù)極相對(duì)于正極的那部分容量是總負(fù)極容量的0.8-1.0倍。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的堿性蓄電池，其中負(fù)極具有正極的約一半厚度。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的堿性蓄電池，其中負(fù)極具有125-200mAh/cm的每單位長(zhǎng)度容量。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的堿性蓄電池，其中負(fù)極具有比正極長(zhǎng)度大的長(zhǎng)度。
7．根據(jù)權(quán)利要求3所述的堿性蓄電池，其中金屬氧化物是氫氧化鎳。
8．根據(jù)權(quán)利要求3所述的堿性蓄電池，其中氫吸收合金從由稀土金屬型、Ti-Ni型、Ti-Mn型、Mg-Ti型、Ti-Zr型和Zr-Mn型的氫吸收合金組成的組中選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及堿性蓄電池的一種改進(jìn),并且通過抑制電極電阻的增大,提供了一種特別是在低溫下高比值放電特性優(yōu)良的蓄電池。該堿性蓄電池包括:一個(gè)正極,包括一種金屬氧化物作為主要構(gòu)成材料;一個(gè)負(fù)極,包括一種氫吸收合金;一種隔離物;及一種堿性電解質(zhì);其中負(fù)極具有10—40mAh/cm
文檔編號(hào)H01M4/24GK1211089SQ9811885
公開日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1998年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月4日
發(fā)明者飯?zhí)镒聊? 服部洋平, 吉井史彥, 大西正人 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社